[实用新型]一种基于机械调节的可调超材料滤波器

说明书

本实用新型公开了一种基于机械调节的可调超材料滤波器。滤波器由两个相互平行的平面超材料组成。这两个平面超材料具有相同的谐振结构分布周期和排布方向。当使用机械结构改变它们之间的相对位置时，谐振结构间的耦合状态就会发生改变，从而引起谐振频率的变化。本实用新型使用常规微结构加工工艺即可完成加工和装配，无需MEMS技术的支持，因而大幅降低了加工成本。同时本实用新型滤波器的可调谐范围较大，调谐过程中品质因子变动较小。本实用新型适用于微波、太赫兹波和光波波段。

技术领域

本实用新型涉及一种基于机械调节的频率可调超材料滤波器，属于可调谐超材料技术领域。

背景技术

超材料（Metamaterial）是由周期排列的亚波长微结构构成的功能器件。其电磁特性仅与构成它的微结构有关，因此可以通过不同的结构设计得到相应的电磁特性。同时由于其体积较小，仅有薄薄的一层，因此具有巨大的应用前景。其中使用超材料作为滤波器就是一个例子。目前，多种基于超材料的滤波器已经应用到成像、传感等领域。但是相对于仅具有固定频率的滤波器，可调节频率的滤波器显然更加适应复杂的应用需求。一般常用的超材料谐振频率调节方式主要有基于半导体材料的光控调节，基于石墨烯材料的电控调节和基于结构重构的机械调节等。其中，机械调节方式虽然调节速度比较慢，但是其频率调节范围宽，调频过程中谐振的品质因子的变化较小。

机械调节方式一般需要将超材料的每个谐振单元都加工为固定和可动两部分，通过调节两者的相对距离实现频率的调节。因此目前采用机械调节方式的超材料，如文章AMicromachined Reconfigurable Metamaterial via Reconfiguration of AsymmetricSplit-Ring Resonators （Advanced Functional Materials，21,3589-3594,2011）和文章Pneumatically Actuated Tunable Terahertz Metamaterial Absorber With Dual-SideTuning Capability （IEEE Photonics Journal, 9, 4600409, 2017）中的可调谐超材料，主要依靠微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）相关加工技术进行加工。其加工工艺复杂，而且往往需要采用牺牲层工艺进行三维的多层加工或立体加工，因此机械调节的可调超材料往往成本高昂，不利于其实际应用。如何降低机械调节的可调超材料的加工成本，是目前研究者所面临的一个难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于机械调节的可调超材料滤波器，将谐振单元的固定和可动两部分分别以相同的周期加工于两个基片上，然后重新并列组合为一个可调谐的超材料滤波器。

本实用新型提供了如下技术方案：一种基于机械调节的可调超材料滤波器，其特征在于：包括第一平面超材料、第二平面超材料、水平移动机构和基座；所述第一平面超材料固定在所述基座上，所述第二平面超材料固定在所述水平移动机构上，所述水平移动机构固定在所述基座上；所述第一平面超材料和所述第二平面超材料以一个小的间距平行放置；所述第一平面超材料由基片和在基片表面上呈二维周期性分布的第一金属谐振单元构成，所述第二平面超材料由基片和在基片表面上呈二维周期性分布的第二金属谐振单元构成；所述第一金属谐振单元和所述第二金属谐振单元具有相同的分布周期p和排布方向。

进一步地，所述第一金属谐振单元为“U”形结构的开口环谐振器，所述“U”形结构的两臂沿着竖直方向；所述第二金属谐振单元由所述第一金属谐振单元的“U”形结构底边中心添加一个开口后绕所述“U”形结构几何中心旋转180度构成。

进一步地，相同分布周期内的所述第一金属谐振单元和所述第二金属谐振单元的几何中心在同一水平面上。

进一步地，所述第一平面超材料和所述第二平面超材料的间距固定且小于p/4。